“三下”采煤地面保护技术研究.pdf

科 学论 坛 I ■ C h i n a sc ie n c e an d T e c h n o l o g y R e v ie w 中图分类号 T D 8 2 3 ． 8 3 “ 三下 ’ ’ 采煤地 面保护技术研究 杨明会 鸡西矿业集团东海煤矿黑龙江鸡西1 5 8 1 0 0 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 1 4 X 2 0 1 3 1 l 一 0 2 7 8 0 1 开采对地表房屋的损害主要是由采动所产生的不均匀沉降而产生的移动 变形 下沉、 倾斜、 曲率、 扭曲、 水平移动、 拉伸与压缩变形、 剪切与扭曲 引起的。 开采所产生的地表移动变形， 破坏了建筑物与基础之间的初始平衡状态。 伴随 着力系的重新建立， 房屋结构中产生附加应力 ， 从而导致房屋发生变形， 当地表 变形超过了房屋的抗变形能力时， 房屋就将产生破坏。 不同性质的地表移动变 形， 对房屋的影响是不同的。 一 开采变形对房晨的损謇影响 1 ． 下沉对房屋的损害影响 地表出现均匀下沉时， 房屋的结构不会产生附加应力， 因此， 均匀沉降不对 房屋本身带来损害。 当地表下沉量大， 地下水位又很高时， 造成房屋周围长期积 水或受潮， 改变了房屋所处的环境， 会降低地基的强度。 影响房屋使用甚至使房 屋破坏， 主要是开采影响的不均匀沉降造成的。 2 ． 倾斜对房屋的损害 地表倾斜将引起房屋的歪斜。 房屋倾斜会导致房屋重心偏离， 产生附加倾 覆力矩， 承载结构内部将产生附加应力， 基础承载压力重新分布。 地表倾斜尤其 对高层建筑物的损害明显， 甚至会引起楼房底层发生下水道倒流等现象， 影响 正常生活和使用。 3 ． 地表曲率对房屋的损害 地表曲率变形将原来房屋的平面基础变为曲面形状。 这样 ， 建筑物的荷载 与基础土壤反力间的初始平衡状态就遭到了破坏。 在正、 负曲率作用下， 房屋都 会受到损害。 房屋在受到正、 负曲率影响下， 将使地基反力重新分布， 而使房屋 墙壁在竖直面内受到附加的弯矩和剪力的作用洳 图2 _ 2 1 所示 ， 其值超过房屋 基础和上部结构的极限强度时， 房屋就会出现裂缝。 在正曲率变形作用下， 房屋产生倒八字形裂缝， 裂缝最大宽度在其上端； 在 负曲率变形作用下， 房屋产生正八字形裂缝 ， 裂缝的最大宽度在其下端。 在采深 较小、 建筑物整体尺寸较大的条件下， 地表曲率变形对建筑物的损害较严重， 一 般当采深与采厚 比H／ m 3 0 0 ， 地表 曲率变形 对房屋影响较小。 4 ． 地表水平变形对房屋的损害 地表水平变形对房屋的破坏影响最为明显， 尤其是拉伸变形。 由于房屋的 抵抗拉伸能力远小于抵抗压缩的能力 ， 所以较小的地表拉伸变形就能使房屋产 生裂缝， 砖砌体的结合缝、 房屋的结构点0 臭 口 房梁 易被拉开。 我国众多矿区的开 采实践表明。 当地表水平拉伸变形大于1 ． 5 mm／ m时， 般砖石承重的建筑物墙 体就会出现细小的竖向裂缝。 当压缩变形较大时， 可使房屋墙壁和地基压碎， 地 板鼓起产生剪切和挤压裂缝， 可使门窗洞 口挤成菱形， 纵墙或围墙产生褶皱或 屋顶鼓起。 5 ． 剪切变形房屋损害 当房屋处于下沉盆地主断面上 ， 但其方位与回采区段斜交， 或者房屋处于 下沉盆地非主断面位置时， 在地表剪切变形作用下， 房屋的纵横基础间将产生 相对转动， 从而使房屋改变 了原有的平面形状。 6 ． 扭曲变形对房屋的损害 由于两个横墙处的地表倾斜值不同， 导致了地表沿房屋的纵轴中心线产生 了扭曲变形 ， 导致房屋扭转变形的产生。 ． 开采引起的房屋损謇程度分级 开采形成的沉陷对房屋的损害程度， 一是取决于地表移动变形景， 二是取 决于房屋在沉陷盆地的位置， 三是取决于房屋本身的结构条件， 四是取决于房 屋基础及其所处的承载地层的性质。 我国矿区涉及采动损害的房屋主要是矿区 工业和民用建筑及农村村庄房屋 ， 多为砖混结构楼房以及砖混、 砖木结构和土 2 7 8 l 科技 博 览 筑平房等。 由于建筑物结构和抵抗变形能力不同， 因此在划分破坏等级标准时， 应区别对待。 兰． “ 三下” 采煤地面保护技术概述 地下采煤活动对地表建 构溉 物的影响主要有三种情况 其一是对 已有建 构 筑物的影响， 这种情况主要是地表的建 构 筑物在地下采煤活动进行之前 就已经存在， 但在修建建 构飙 物时， 未考虑地下采煤活动产生的地表影响对其 的影响， 或对之预计不足， 造成已有建 构溉 物不同程度的损坏或破坏， 对这类 建 构溉 物所采取的技术方法主要为维修或加固， 并需考虑采动的后续影响。 其 二是对新建建 构葫I物的影响， 这种情况主要在已知地下采煤活动条件下， 充分 考虑地下采煤活动产生的地表影响， 从设计上考虑建 构 的抗变形能力， 即 在井田上方先建抗采动影响建构 物， 之后再进行地下煤炭资源的回收。 在建 设初期充分考虑未来地下采煤活动对新建建 构域 物的不利影响， 进行新建建 构溉 物的抗采动影响设计 ， 以保证地表的建 { 勾 飙 物在受影响时， 其损坏程度 不至于危害建 构溉 物的安全使用功能。 其三是地下采煤活动已经结束， 但对地 表的影响仍然存在， 为缓解建设用地紧张的实际情况， 在已经形成的沉陷区新 建建 构飙 物 ， 主要考虑地表残余移动与变形对拟建建 构溉 物的不利影响。 在 上述几种情况中， 无论是对已有建 构 进行维修加固， 还是在采动影响区新 建建 构飙 物 ， 都必须充分考虑采动对所建建 构溉 物的不利影响， 进行抗采动 影响的加固或设计。 由于“ 三下” 采煤地面保护技术是针对开采所产生的地表移动与变形影响 所采取的技术措施， 因此， 无论是对已有建 构飙 物进行加固， 还是在采动影响 区新建建构溉 物， 都必须对采动影响下的地表移动与变形进行预测， 根据地下 采煤引起的地表移动与变形及变形量值进行设计。 如前所述， 不同性质的地表 移动与变形对地表的建 构瑚I 物的影响是不同的， 但它们共同的特点是地表移 动与变形对建 构 形成的附加力都是通过建 { 勾 溉 物的基础传递给上部结 构的。 地表均匀下沉 ， 一般不会在建 构飙物内形成附加内力， 而采动影响下的 地表下沉往往是不均匀的， 即使从最终结果看， 有些区域的最终沉降是相同的， 但却是在地表不均匀沉降的过程 中逐步形成的， 在这一过程中必然对地表建 构飙 物产生附加应力。 地表的水平变形往往在建筑物的基础部分产生水平的 压力 拉力 、 基础的侧土压力 ， 对建筑物的危害程度甚大。 地表的曲率变形使建 筑物的地基与基础之间的接触状态发生变化， 地基与基础间的应力会发生重分 布 ， 在建筑物的基础及上部结构中产生附加弯距和附加剪力， 其弯距的大小与 建筑物计算方向的长度的平方和上部荷载等成正比， 对建筑物的危害程度最 大。 在采动影响区， 建筑物最常见的正、 反“ 八” 字形裂缝就是地基 曲率变形对建 筑物危害表象 。 在沉陷区这一不 良地层的地质作用条件下建造建筑物， 国内外已有专门的 规范和规程， 在 岩土工程勘察规范X G B S 0 0 2 1 --2 0 0 1 中， 对采空区建设场地的 勘察已有较为详细的要求 ， 在 “ 三下” 采煤规程 中， 对采空区建筑物的平面布 置、 建筑设计和地基基础设计等也有具体的原则性条款； 采动区建筑物结构设 计 ， 在国内尚无系统的规范和规程， 但国内一些工程技术人员的研究成果和实 践经验 已趋于一致。 从国内外的规范与规程到 目前的研究成果， 基本肯定了在 沉陷区建造抗采动影响建筑物除了进行特殊的岩土工程地质勘察之外 ， 还应遵 从以下技术途径， 可简要地概括为地基的稳定性评价、 建筑物的抗采动影响设 计和抗采动影响构造及施工等。 作者 简介 杨明会 ， 男 ， 大专学历， 采矿工程师， 现任东海煤矿工程师 ， 主要研究采矿工 程支护技术 。